信號分子

人體中有幾百種不同的信號分子，按照其分泌腺體或細胞種類，運載體以及作用的靶細胞位置。

“第一信使”和“第二信使”一般將細胞外信號分子稱為“第一信使”，激素、神經遞質等是由細胞合成和釋放的，通過擴散或體液運送，是人體信息傳遞的“第一信使”。“第一信使”與受體作用后在細胞內最早產生的信號物質稱為“第二信使”。目前公認的“第二信使”有cAMP、cGMP、三磷酸肌醇(IP3)、等，功能是啟動和協助細胞內信號的逐級放大。

親水性和親脂性信號分子

根據信號分子的溶解性可分為親水性和親脂性兩類。親水性信號分子的主要代表是神經遞質、含氮類激素(除甲狀腺激素)、局部介質等，它們不能穿過靶細胞膜，只能通過與細胞表面受體結合，再經信號轉換機制，在細胞內產生“第二信使”(如cAMP)或激活膜受體的激酶活性(如蛋白激酶)，跨膜傳遞信息，以啟動一系列反應而產生特定的生物學效應。

親脂性信號分子要穿過細胞質膜作用於細胞質或細胞核中的受體，與胞內受體結合形成激素-受體複合物，成為轉錄促進因子，作用於特異的基因調控序列，啟動基因的轉錄和表達，主要代表是類固醇激素、甲狀腺激素等。

信號分子具有特異性、高效性和可被滅活的特點。

1.特異性：只能與特定的受體結合；

2.高效性：幾個分子即可發生明顯的生物學效應，如各種激素在血液中的濃度極低，一般在每100mL血液中只有幾ug甚至幾ng，但對人體的生理調節作用卻非常重大；

3.可被滅活：當完成一次信號應答后，信號分子會通過修飾、水解或結合等方式失去活性而被及時消除，以保證信息傳遞的完整性和細胞免於疲勞。

多細胞生物中有幾百種不同的信號分子在細胞間傳遞信息，這些信號分子中有蛋白質、多肽、氨基酸衍生物、核苷酸、膽固醇、脂肪酸衍生物以及可溶解的氣體分子等。

根據信號分子的溶解性分為水溶性信息和脂溶性信息，前者作用於細胞表面受體，後者要穿過細胞質膜作用於胞質溶膠或細胞核中的受體。

其實，信號分子本身並不直接作為信息，它的基本功能只是提供一個正確的構型及與受體結合的能力，就像鑰匙與鎖一樣，信號分子相當於鑰匙，因為只要有正確的形狀和缺齒就可以插進鎖中並將鎖打開。至於鎖開啟后幹什麼，由開鎖者決定了。

在一定條件下，細胞外的化學信號能引發細胞的定向移動。這些信號有些時候是底質表面上一些難溶物質，有些時候則是可溶物質。信號分子有很多，可以是肽，代謝產物，細胞壁或是細胞膜的殘片，信息分子的作用是與靶細胞的受體結合，改變受體的性質和作用，完成一系列的反應，去激活或抑制肌動蛋白結合蛋白的活性，最終改變細胞骨架的狀態。親水性信息分子不能穿過細胞膜，其受體在靶細胞的膜上，親脂性信息分子易穿過細胞膜，其受體存在於靶細胞的胞漿及細胞核中。可溶物質通常不是均勻溶解在溶劑中，而是靠近源的區域濃度高，遠離源的區域濃度低，形成所謂的“濃度梯度”。細胞膜上的受體可感受到那些被稱為化學趨向吸引物（chemotacticattractant），並且逆著它們的濃度梯度去追根尋源。某些信號分子甚至會影響細胞移行的速度，這些信號分子則被稱為化學趨向劑（chemokineticagent）。細胞這種因化學分子改變自己移動的行為，被稱為化學趨向性。例如盤基網柄菌（Dictyosteliumdiscoideum）會逆著cAMP濃度梯度的運動。白血球也會受到一些細菌分泌的三肽化學物質f-Met-Leu-Phe（N-甲醯蛋-亮-苯丙氨酸）吸引而往細菌移動，發揮其免疫功能。而在胚胎髮生中的神經嵴細胞則並非靠濃度梯度，而是路標物質識別其去向（請見下文“路標信號”一節）。

但是細胞外基質中也存在著一些蛋白，如硫酸軟骨蛋白多糖（chondroitinsulfateproteoglycan）會與神經細胞的粘著蛋白起作用，對細胞遷移形成阻滯。它會抑制脊髓損傷患者神經損傷區域新突觸的相連與再生。

細胞外信號種類繁多，但是當它們與細胞膜上受體結合之後，作用的途徑卻只有有限的幾種。而與細胞遷移有關的信號傳導過程如下：信號分子結合到膜上受體，或者是激活與受體偶聯的蛋白質—大G蛋白，或者先是激活受體酪氨酸激酶，再激活下游的小G蛋白Ras。G蛋白是一個很大的家族，包括Rho，Rac，Ras等小家族，它們在細胞中扮演著信號傳導開關的角色。當它們與GDP結合時，呈現失活狀態。在鳥嘌呤交換因子（英文：Guanin exchangefactor，簡稱GEF）的幫助下，G蛋白脫離GDP並與GTP結合，進入激活狀態。G蛋白的GTP會被GTP酶激活蛋白（英文GTPase-activatingproteins，簡稱GAP）水解，並釋放出其中的能量，讓G蛋白行使其功能。就是說，G蛋白通過這一GTP“GDP循環在激活“失活狀態中迴旋，傳遞信號。當G蛋白被激活后，它下游的多種分子會被激活。

而致癌物質也可以通過這些信號傳導通路發揮其負面作用，如強烈致癌物質佛波酯（Phorbolester）。佛波酯會不可逆地激活細胞的RasGRP3“4，以激活Ras,Ras會再激活蛋白激酶C（ProteinkinaseC，PKC）。後者是調節細胞分裂和分化的酶。它被佛波酯不正常的激活，有可能對癌症的產生起促進作用。研究還發現，佛波酯對黑素瘤（melanoma）細胞轉移到肺部有促進作用。而細菌者，如志賀氏菌會在宿主胞膜上打洞，向細胞質注入效應蛋白質，激活宿主Rac和Cdc42，調整細胞的微絲網路，以使自己順利進入宿主內。

激素（hormone）

三種不同類型的信號分子及其信號傳導方式激素是由內分泌細胞（如腎上腺、睾丸、卵巢、胰腺、甲狀腺、甲狀旁腺和垂體）合成的化學信號分子，一種內分泌細胞基本上只分泌一種激素，參與細胞通訊的激素有三種類型：蛋白與肽類激素、類固醇激素、氨基酸衍生物激素。

通過激素傳遞信息是最廣泛的一種信號傳導方式，這種通訊方式的距離最遠，覆蓋整個生物體。在動物中，產生激素的細胞是內分泌細胞，所以將這種通訊稱為內分泌信號（endocrinesignaling）。

局部介質

局部介質（localmediators)是由各種不同類型的細胞合成並分泌到細胞外液中的信號分子，它只能作用於周圍的細胞。通常將這種信號傳導稱為旁分泌信號（paracrinesignaling），以便與自分泌信號相區別。有時這種信號分子也作用於分泌細胞本身，如前列腺素（prostaglandin，PG）是由前列腺合成分泌的脂肪酸衍生物（主要是由花生四烯酸合成的），它不僅能夠控制鄰近細胞的活性，也能作用於合成前列腺素細胞自身，通常將由自身合成的信號分子作用於自身的現象稱為自分泌信號（autocrinesignaling）。

神經遞質

神經遞質（neurotransmitters)是由神經末梢釋放出來的小分子物質，是神經元與靶細胞之間的化學信使。由於神經遞質是神經細胞分泌的，所以這種信號又稱為神經信號（neuronalsignaling）。

依賴於細胞接觸的信號傳導

通過細胞的接觸，包括通過細胞粘著分子介導的細胞間粘著、細胞與細胞外基質的粘著、連接子（植物細胞為胞間連絲）介導的信號傳導。

通過細胞接觸進行的通訊中，信號分子位於細胞質膜上，兩個細胞通過信號分子的接觸傳遞信息。